虛擬儀器大棚溫室環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2014-11-22 04:19:52徐小華等

江蘇農(nóng)業(yè)科學 2014年10期

徐小華等

摘要：CO2濃度、溫度、濕度等因素制約著農(nóng)作物生長和產(chǎn)量。采用虛擬儀器和Actives技術(shù)設(shè)計了遠程溫室監(jiān)測系統(tǒng)，試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能較好監(jiān)測植物的生長環(huán)境，對提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；溫室；遠程監(jiān)測；傳感器；CO2濃度；溫度；濕度

中圖分類號： TP277.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0389-03

收稿日期：2014-03-31

基金項目：云南省教育廳科學研究基金（編號：2011C042）。

作者簡介：徐小華（1980—），男，四川南充人，碩士，講師，主要從事模式識別和計算機智能系統(tǒng)研究。 E-mail：969287340@qq.com。農(nóng)作物生長在很大程度上受遺傳性、地域性、季節(jié)性等多種因素影響。大部分時間的自然環(huán)境都不能滿足農(nóng)作物的正常生長，往往影響農(nóng)作物產(chǎn)量增加，勢必會造成一定的物力、人力、財力浪費。使用科學的大棚栽培技術(shù)來達到對作物生長有利的環(huán)境因素，有利于提高作物產(chǎn)量和緩解農(nóng)作物季節(jié)矛盾。本研究將計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)融為一體，研制開發(fā)成本低廉、操作簡單的溫室遠程監(jiān)測系統(tǒng)，旨在為推進我國農(nóng)業(yè)智能化進程提供借鑒。

1虛擬儀器技術(shù)

在測試技術(shù)領(lǐng)域，美國國家儀器公司首先提出“軟件即儀器”的口號，即虛擬儀器，推出了LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench），其直觀的流程圖編程風格和運行程序平臺，開啟了虛擬儀器的先河[1]。虛擬儀器代表了當時儀器發(fā)展的新方向，是儀器領(lǐng)域的一個突破，如今虛擬儀器技術(shù)發(fā)展到遠程虛擬儀器階段。將虛擬儀器應(yīng)用范圍拓展到整個Internet/Intranet網(wǎng)上，使信號采集、傳輸、處理一體化，而且不受地域、環(huán)境限制[2-4]。本研究采用LabVIEW、Access、LabSQL軟件和數(shù)據(jù)采集卡、PC機、傳感器等硬件相結(jié)合來實現(xiàn)溫室環(huán)境遠程監(jiān)測。

2大棚溫室環(huán)境遠程監(jiān)測的實現(xiàn)

大棚溫室環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計見圖1。

2.1傳感器選擇

根據(jù)溫室環(huán)境，須使用3種類型的傳感器。

一般來說農(nóng)作物生長所需溫度為16～28 ℃，故選用三線制Pt100熱電阻作為溫度傳感器，經(jīng)過溫度變送器處理后，轉(zhuǎn)換成4～20 mA直流電流輸出。圖2是溫度傳感器和變送器接線方式。

溫室相對濕度要求因季節(jié)、農(nóng)作物種類不同有所不同，一般為50%～85%，故選用JYTM-02型濕度傳感器作為系統(tǒng)的濕度傳感器，測定結(jié)果是相對濕度。其主要電氣特性電器參數(shù)如下：5 V DC 5%的供電電壓，10%～95% RH 濕度范圍，2 mA工作電流。

植物生長要進行光合作用，溫室里必須有合適的CO2濃度。本系統(tǒng)選用美國FIGARO公司生產(chǎn)TGS4160型CO2傳感器來測量CO2濃度，系統(tǒng)采用控制鋼瓶裝的液態(tài)CO2氣源，用繼電器的啟閉和控制開啟來實現(xiàn)CO2的釋放。

2.2系統(tǒng)主要模塊

根據(jù)系統(tǒng)需求，共設(shè)計了5個主要模塊，各模塊實現(xiàn)方法如下。

2.2.1數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)合待測參數(shù)特征，以及數(shù)據(jù)采集板的可靠性、精度、性價比等因素，選擇美國NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡USB-6008。它是一種小型、輕便的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其采集單端輸入方式、2.5 kHz的采樣頻率。

2.2.2實時數(shù)據(jù)顯示模塊測試數(shù)據(jù)和時間有重要關(guān)系。圖3是實時數(shù)據(jù)顯示模塊。其實現(xiàn)步驟是：設(shè)置曲線開始時間；設(shè)置x軸的最小值為0，最大值為10，即顯示10 s內(nèi)的數(shù)據(jù)；輸入空數(shù)組到趨勢圖的History屬性將趨勢圖清空，并通過XScale.Format[5]屬性設(shè)置x軸顯示格式為相對時間，并分別輸入到相應(yīng)的實時曲線屬性中。在While循環(huán)中通過 XScale.Multiplier 屬性設(shè)置x軸間隔時間。

2.2.3報警模塊報警模塊用來顯示溫度、濕度、CO2濃度是否超過設(shè)定報警值的上限或下限。當超限時，前面板相應(yīng)的燈亮且相應(yīng)控件閃爍，并通過聲音傳輸給用戶。圖4是報警模塊。

2.2.4數(shù)據(jù)庫管理模塊根據(jù)LabSQL和Access數(shù)據(jù)庫的特點和開發(fā)速度，本研究選取免費的LabSQL軟件和Access軟件的無縫連接，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)庫管理模塊的程序設(shè)計。數(shù)據(jù)庫存儲模塊主要是完成對各測試數(shù)據(jù)的實時儲存。圖5是程序存儲模塊。

系統(tǒng)采用LabSQL軟件與Access軟件結(jié)合的方式完成數(shù)據(jù)儲存模塊的設(shè)計，其實現(xiàn)步驟為：首先使用“ADO Connection Create. vi”創(chuàng)建1個連接數(shù)據(jù)庫對象，然后使用“ADO Connection Open.vi”打開數(shù)據(jù)源，與數(shù)據(jù)庫文件建立連接；使用“ADO SQL Execute.vi”執(zhí)行“Insert into測試（時間，濕度，溫度，CO2）values” 語句，寫入到數(shù)據(jù)庫中；最后用“ADO Connection Close.vi”把LabVIEW和ODBC數(shù)據(jù)源斷開。其數(shù)據(jù)查詢和刪除的實現(xiàn)方式同添加模塊的方式相同。

2.2.5遠程傳輸模塊網(wǎng)絡(luò)模式有C/S模型、B/S模型2種。本研究根據(jù)系統(tǒng)需求在B/S網(wǎng)絡(luò)模型下采用DataSocket Actives技術(shù)[6-8]，結(jié)合開發(fā)ActiveX軟件和IIS 5.0服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸。通信過程見圖6。

服務(wù)器網(wǎng)頁設(shè)計主要步驟如下。

（1）新建工程。選擇VB編程軟件菜單“Project/Components”，在“Components”對話框中選擇“National Instruments CW DS 4.0”和“National Instruments CW UI 6.0”，點擊“OK”，這些控件就出現(xiàn)在工具箱上。

（2）設(shè)計用戶界面。

（3）編寫代碼。以下是控件的部分源代碼。

Private Sub Command1_Click（）

CWDS1.ConnectTo “dstp：//xxh/ceshi”，cwdsReadAutoUpdate

End Sub

Private Sub CWDS1_OnDataUpdated（ByVal Data As CWDSLib.CWData）

‘Dim a（0 To 4）

CWSlide1.Value = Data.Value（0）-106

Text1.Text = Format（Data.Value（0））-106

CWSlide2.Value = Data.Value（1）-106

Text2.Text = Format（Data.Value（1））-106

CWSlide3.Value = Data.Value（2）-106

Text3.Text = Format（Data.Value（2））-106

CWSlide4.Value = Data.Value（3）-106

Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated（ByVal status As Long，ByVal Error As Long，ByVal Message As String）

Label6.Caption = Message

End Sub

Private Sub disconnectclick（）

CWDSl.Disconnect

CWButtonl.Value = False

End Sub

Private Sub UserControl_Initialize（）

End Sub

（4）編譯成ActiveX控件。保存程序，編譯ActiveX控件并命名。

（5）利用VBA建立網(wǎng)頁。

制作好網(wǎng)頁后，在服務(wù)器端配置好IIS，在運行客戶端時輸入服務(wù)器端地址，自動下載ActiveX控件。其客戶端運行效果見圖7。

3結(jié)語

當系統(tǒng)調(diào)試后進行大棚溫室環(huán)境監(jiān)測時，采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都能滿足要求，表明該系統(tǒng)具有一定的實用價值，能帶來一定效益。

參考文獻：

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